Куда поставить сабвуфер?
Кандидат технических наук Д. Меркулов.
Кое-что о дифракции в домашней акустике
Какой бы современной ни была электронная система записи
и воспроизведения звука, сколько бы форматов записи она ни обслуживала, объединенная
в одном агрегате, в конце ее, на выходе будет "динамик" - так называли
его раньше. И был он сначала один, ну два - для воспроизведения высоких и низких
звуковых частот в одной коробке-ящике. С появлением в 1950-х годах стереофонических
грампластинок ящиков стало два - отдельно для правого и левого звукового канала.
Система записи звука совершенствовалась, и теперь для звукового сопровождения видеокартины
и воспроизведения звука высокого качества оказалось мало и пяти звуковых колонок.
Менялись конструкция, форма, расположение звуковых колонок в зале.
Инженеры-электронщики кооперировались с физиками - знатоками
законов распространения звука. Дифракция, реверберация, интерференция - термины
из теории волновых процессов - вошли в инженерную практику конструкторов звуковых
систем.
В подавляющем большинстве современные звуковые колонки
(ЗК) представляют собой набор из двух-трех электродинамических громкоговорителей,
помещенных внутрь корпуса прямоугольной формы шириной 20-30 см. Рассчитаны они суммарно
на воспроизведение звуковых колебаний в диапазоне от 18 до 20 000 Гц, с длинами
волн λ соответственно от 1833 до 1,65 см. Длины волн определены здесь по известной
из начального курса физики формуле
где 33 000 - скорость распространения звуковых колебаний
в воздушной среде в см/с; F - частота колебаний в Гц. По этой же формуле определяется
и частота колебаний, если известна длина волны:
Легко подсчитать, что популярной ныне ширине 20-30 см передней
панели бокса акустической колонки, излучающей звуковое колебание аналогичной длины
волны, соответствует значение частоты F, равное 1650 - 1100 Гц. Дифракция проявляет
себя на частотах исходящих звуковых колебаний меньших 1650-1100 Гц. На более высоких
частотах и соответственно длинах волн меньше 20-30 см имеет место отражение звуковых
волн от передней панели излучателя (см. рис.). Важным параметром, характеризующим
ЗК, является диаграмма направленности. При узкой диаграмме непосредственно в сторону
слушателя направляется больше звуковых сигналов акустического излучателя и звуковые
образы проявляются более отчетливо. Дифракция не способствует улучшению диаграммы
направленности. Чем больше дифракция, тем хуже диаграмма и качество звука. Дифракция
влияет на качество звуковой картины. Так, слушатель, сидящий за колонной в концертном
зале, возможно, будет хорошо слышать лишь контрабас и барабан.
Уменьшить дифракцию можно, правильно расположив в помещении
напольные акустические излучатели: чем ближе к стене, тем меньше дифракция. Звуки
высокой частоты направляются прямо к слушателю, а низкие тона еще и отражаются от
стены. При установке полноразмерных колонок вплотную к стенам дифракция заметно
нейтрализуется, слышимость низких тонов - наиболее впечатляюща. Дифракция невелика
и у малоформатных полочных и миниатюрных стереоколонок, обычно устанавливаемых вблизи
стен или развешиваемых на них. Полное отсутствие дифракции наблюдается при монтаже
наборов динамических головок в углублениях стен (см. "Наука и жизнь" №
12, 2003 г.).
В конце 1960-х годов монополия на колонки с широкой передней
панелью была нарушена появлением кассетных магнитол и музыкальных центров. Несколько
позже, всего 25 лет назад, появился "вокмэн" (по англ. Walkman) - персональный
стереофонический плеер. Как и магнитолы, новый плеер пришелся по душе любителям
слушания музыки "на ходу". Благодаря достижениям микроэлектроники и
"цифровизации" аппаратуры современные "вокмэны" по качеству
воспроизведения звука популярной музыки вполне удовлетворяют миллионы любителей.
В свое время много лет подряд кино называли "великим
немым". Звукозапись по аналогии можно было бы назвать "великим слепым".
"Прозрение" ее наступило в 1970-х годах с появлением кассетного видеомагнитофона,
а затем и DVD-проигрывателя. Повсеместно начали распространяться акустические системы
домашнего кинотеатра (ДКТ). По прошествии непродолжительного времени эмпирически
было установлено, что зрителя в ДКТ в меньшей степени интересует локализация звуковых
образов, в большей - акустические эффекты. Выяснилось также, что круговая дислокация
группы обычных колонок из пяти штук недостаточно справляется с организацией звукового
поля, включающего разговор персонажей, музыку и шумовые эффекты. Совокупность обстоятельств
позволила разработчикам пойти по пути уменьшения определенности в звуковой картине
ДКТ. Звуковые колонки превратились в узкие прямостоящие (высотой 1,2-1,5 м) стойки
с громкоговорителями малого диаметра наверху, а "ящики" отказались от
отражательной доски (передней панели) в ряде моделей (см. "Наука и жизнь"
№ 12, 2003 г.). Указанные приемы модернизации окружающего звукового поля в ДКТ позволили
расширить частотный диапазон дифракции, подвинуть ее в область верхних частот. Для
качественного воспроизведения низких частот выделили из общей группы сабвуфер. В
последние годы, в связи с заметным увеличением спроса, большинство зарубежных фирм
и компаний - производителей акустики специализируются в основном на серийном выпуске
аппаратуры "киношного" направления.
Статистика свидетельствует: новое поколение слушает музыку
"в пути" или "в кино". При всем этом приверженцев Hi-Fi музыкального
театра на дому осталось еще достаточно много. За неимением иных в этом театре для
музыкальных программ могут быть применены колонки ДКТ с дифракционно "выпяченным"
полем низких частот, но для ДМТ более подходят апробированные десятилетиями стереофонические
пары звуковых колонок прямоугольной формы с дифракцией, не выходящей за границы
частот 800-1500 Гц.
Как и в реальном концертном зале, в домашних условиях исполнителям
произведений искусства положено находиться перед слушателем. Этому условию вполне
удовлетворяют две звуковые колонки (левая и правая), установленные на определенном
расстоянии от слушателя и одна от другой, и центральный громкоговоритель. Особенно
при использовании DVD-Video и приеме телевизионных программ со стереозвуком. При
этом приобретать дополнительную электродинамическую головку совсем не обязательно.
Ее может заменить всегда находящийся под рукой громкоговоритель телевизора, как
раз и располагающийся посередине между основными (левой и правой) звуковыми колонками.
Если для театра выбраны малогабаритные полочные звуковые
колонки, то для компенсации недостаточности их в области низких частот надо применить
сабвуфер (желательно без фазоинвертора) с регулируемым уровнем громкости. Сабвуфера
достаточно одного, и размещать его можно произвольно, поскольку ухо не локализует
источники звукового излучения на его рабочих частотах (и даже на более высоких в
диапазоне до 200-250 Гц), но правильнее будет поставить его поближе к слушателю.
Список литературы
Для подготовки данной работы были использованы материалы
с сайта http://www.nkj.ru/